Dizajner tkanina čini nanofiber poslušnom tehnologijom

Kao što svi znamo, da bi se proizveo komad tkanine, pređa bi se trebala oblikovati prema tehničkim zahtjevima dizajnera tkanina i kombinirati prema određenim pravilima. Nanofibra, promjera svega petinu milimetra, mogu biti "poslušna" poput pređe, utkana u tkanine prema potrebi?

Kako tkati ove ultrafine nano vlakna poput pređe na tkalačkom stanu po obrascu koji su ljudi očekivali je problem koji je naletio znanstvenicima u području elektrospinovanja.

Nedavno je novinar dobio vijesti iz Šangajskog instituta za keramiku Kineske akademije znanosti. Uspjeli su upotrijebiti naprednu tehnologiju raspršivanja kako bi nanofibra učinili nevidljivim golim okom "poslušnima" i "tkali" perut prema željama znanstvenika. , prstenovi, pa čak i kineski čvorovi, škotski karirani i drugi uzorci, a znanstvenici su isprobali razne materijale, koji mogu pravilnim uzorcima "tkati" nanocltu.

U ovom broju recepcije Liang Fenga pozvali smo istraživačko i razvojno osoblje ove tehnologije, Changjiang, istraživača iz Šangajskog instituta za keramiku Kineske akademije znanosti, da ga upozna sa područjima istraživanja i razvoja i primjene ovog tehnologija.

Voditelj: Molim vas recite nam što je tehnologija elektrošogiranja?

Chang Jiang: Elektrospinning tehnologija je nova metoda obrade za pripremu ultrafinih vlakana nano-razmjera raspršivanjem polimerne otopine (ili taline) pod djelovanjem električnog polja. Obični uređaj za pripremu elektrospinninga sastoji se uglavnom od tri dijela: visokonaponski izvor napajanja, uređaj za skladištenje tekućine s provodljivim spinneretom i kolektor. Kad instrument radi, na spinneret se primjenjuje visoki tlak, koji stvara električno polje između visokotlačne mlaznice i sakupljača niskog tlaka. Kad se napon poveća u određenoj mjeri, otopina nadvlada površinsku napetost pod djelovanjem elektrostatičkog odbijanja. I viskoelastična sila, koja se izbacuje iz centrifuge i formira mlaz, mlaz se tijekom rada postupno rafinira do prijemnika, dok otapalo isparava, na kraju stvarajući elektrosferno vlakno na sakupljaču.

Ti filamenti su obično promjera samo 50 do 500 nanometara. Ako se izračuna na 50 nanometara, njihova debljina iznosi samo jednu petinu tisuća promjera kose.

Voditelj: U usporedbi s prethodnom tehnologijom raspršivanja, što je ključno za nanofibra kako bi postali "poslušni"?

Chang Jiang: Naša se tehnologija preciznije naziva „upravljana tehnologija elektrospinninga“ jer smo otkrili da taloženje i raspored vlakana uglavnom kontroliraju dvije vrste sila, od kojih je jedna prisutna u spineretu. Snaga električnog polja generirana elektrostatičkim poljem između prijemnika i vlakana. Kad se vlaka elektropokretanja pokreće prema prijemniku pod električnom silom i blizu kolektora, elektrostatički naboj na površini vlakana inducira suprotnu polaritet površine kolektora. Elektrostatički naboj i suprotni naboj privlače jedni druge kako bi stvorili Coulomb privlačnost, što je još jedna važna sila koju smo spomenuli i koja utječe na taloženje i poravnavanje vlakana. Stoga, kako bi se vlakana elektropozira "učinila poslušnima" za odlaganje i slaganje, potrebno je kontrolirati ta dva važna čimbenika.

Koristeći ovaj princip, dizajnirali smo i koristili predloške za sakupljanje različitih struktura kako bismo kontrolirali sile koje utječu na taloženje i poravnavanje vlakana, te pripremili skele od vlakana od elektropuštenih vlakana sa složenim strukturama uzoraka i pletenica koje se mogu kontrolirati. Ovo je veliki korak naprijed od prethodne tehnologije kontrole orijentacije vlakana. Kako se daljnja poboljšava upravljivost uzorka i tkane strukture, nanofibra postaje "poslušno", što također donosi širi potencijal za primjenu tehnologije elektrospinovanja.

Moderator: Trenutno iz kakvog je materijala uzeta ova nanofibra?

Changjiang: Sada smo pokušali upotrijebiti različite materijale, poput polimerne kiseline, polikaprolaktona, polivinilpirolidona, itd., Koji se mogu izrađivati u materijale vlakana od elektropoja sa upravljanom strukturom uzorka i tkanja.

Voditelj: U kojim područjima možete igrati svoju najveću ulogu?

Chang Jiang: Pojedinosti, područje primjene je vrlo opsežno. U ovom trenutku, elektroosna nano vlakna imaju velike izglede za primjenu na područjima regenerativne medicine i tkivnog inženjerstva. Na primjer, elektropojakana vlakna izrađena od polimernih materijala koji su dobro kompatibilni s tkivima mogu se koristiti kao umjetne krvne žile, umjetna koža i umjetni koštani materijali za popravak oštećenja na takvim tkivima. Osim toga, elektroosna nano vlakna imaju potencijalna tržišta u elektronici, katalizi, zrakoplovstvu, odjeći i čak drugim industrijama.

Voditelj: Kako se primjenjuje u medicinskom području?

Chang Jiang: Budući da su elektroenergetska nano vlakna po strukturi vrlo slična prirodnom izvanstaničnom matriksu, imaju dobru strukturu pora, imaju određenu čvrstoću i stabilnost i lako se obrađuju i proizvode. Stoga je idealan za obnovu i regeneraciju tkiva ljudi. Jedan od materijala za stent. Ima širok spektar primjene na području tkivnog inženjerstva poput hrskavice, kostiju, krvnih žila, srca i živaca.

Kad pacijenti imaju oštećenja organa i tkiva, općenito koristimo autologne ili alogenske metode za popravak ili zamjenu rana i oštećenja, ali ova metoda često ima nedostatak nedovoljnog davanja ili odbacivanja. U skoroj budućnosti možemo kombinirati tehnologiju elektrospinninga s tehnologijom tkivnog inženjeringa za popravak oštećenja ljudskog tkiva.

Konkretno, stanična skela najprije se daje elektrosupom prema obliku tkiva ili organa koje pacijent treba zamijeniti ili popraviti, a zatim se odgovarajuće sjemenske stanice izvade iz pacijenta i postave na prethodno pripremljenu staničnu skelu za kulturu. Elektrospinning skele napravljene od biorazgradivih biomaterijala ne samo da oblikuju nove kožne organe ili tkiva tijekom njihovog rasta, već također pružaju odgovarajući prostor za biološke aktivnosti stanica i proizvode određene poticajne učinke. Ovdje treba napomenuti da pomoću gore spomenute „kontrolirajuće“ tehnologije možemo dizajnirati predložak za prikupljanje materijala za pripremu materijala od elektropoljkastih vlakana s određenom složenom i kontroliranom strukturom uzorka, te potaknuti stanicu da bolje proizvodi kontrolu mikrostrukture stent. Biološki odgovor. Proliferacijom i diferencijacijom stanica tkiva i organi postupno se formiraju sve dok se oštećenja potpuno ne saniraju, a materijal skele postupno razgradi. Kao rezultat toga, pacijent se prerodio, a elektrospinning skela, koja djeluje kao supstrat za rast, ispunila je svoju misiju.